Case Study

Zellwerk GmbH nutzt Proto Labs zur Herstellung von Einmal-Bioreaktoren

Zellwerk GmbH

 

„Natürliche Killerzellen (NK Zellen)“ sind eine mächtige Waffe im Kampf gegen Krebs. Sie werden normalerweise vom Körper selbst produziert und sind in der Lage, Krebszellen zu vernichten und virale Infektionen zu verhindern. Bei vielen Patienten ist aber das Immunsystem aber nicht in der Lage gegen Tumorzellen und Mikroorganismen genügend aggressive NK-Zellen in großen Mengen zu produzieren. Der Zellwerk GmbH ist es erstmals gelungen, individuelle, patienteneigene Killerzellen außerhalb des menschlichen Körpers massenhaft und reproduzierbar zu kultivieren. Die dazugehörigen Einmal-Bioreaktoren liefert der Spezialist für Express-Kunststoffspritzgussteile: Proto Labs, Ltd.

Prof. Dr. Hans Hoffmeister, Geschäftsführer der Zellwerk GmbH in Eichstädt nahe Berlin, hält ein unscheinbares, transparentes Kunststoffteil mit Deckel in den Händen. „Was Sie hier sehen, ist das Herzstück unserer Bioreaktoren. Es erfüllt alle Anforderungen, um in einem standardisierten und wiederholbaren Prozess, körpereigene Zellen in gleichbleibender Qualität als Arzneimittel zu produzieren.“ Ein großer Fortschritt für die regenerative Medizin und bisher ein Wunschtraum der Biomediziner. Man entnimmt dem Patienten z. B. Blut, isoliert die Immunzellen, züchtet diese außerhalb des Körpers in therapeutisch nötigen Mengen nach und führt sie wieder zurück zur Bekämpfung von Tumorzellen. Zellwerk hat diesen Traum erfüllt, Seite an Seite mit Proto Labs. Der Express- Teilehersteller hat mit seinem Service für Kunststoffspritzguss, Protomold®, einen wertvollen Beitrag zur Realisierung geleistet.

Das patentierte System nennt sich ZRPTechnology und setzt sich zusammen aus einem Brutkasten, in dessen steriler Arbeitskammer sich der Bioreaktor und ein Sondenadapter befinden. Eine externe Kontrolleinheit überwacht, steuert und dokumentiert alle Parameter. Der Bioreaktor besteht aus Kunststoff und wird als einmal- Produkt benutzt. Er bietet durch seine besondere und immer gleiche Beschaffenheit ein hohes Maß an Prozesssicherheit.

„Entscheidend ist, dass es in dem Kunststoffreaktor zu einem „laminar flow“ kommt“, so Prof. Dr. Hoffmeister. Dabei setzen sich die Zellen am Boden ab und werden gleichmäßig überspült, ohne dass es am Boden zu Verwirbelungen kommt. Gleichzeitig werden die Zellen mit Sauerstoff und frischem Medium versorgt, während verbrauchtes Medium abtransportiert und ein konstanter pH-Wert eingehalten wird.

Die Herausforderung an die Konstruktion bestand in der richtigen Anordnung der Lamellen und der Erzeugung einer speziellen Oberfläche, die nicht zu glatt und nicht zu rau sein durfte. Konstruktionsleiter Rainer Mausolf fasst die Anforderungen an den Kunststoff und die Oberflächenbeschaffenheit zusammen: „Die Auswahl des Kunststoffes war entscheidend, da wir konstante chemische und physikalische Bedingungen im Reaktor bieten müssen. Proto Labs hat uns bei der Auswahl sehr geholfen. Wir haben gemeinsam mehrere Polymer-Materialien ausprobiert. Die Schwierigkeit lag darin, einen Kunststoff zu finden, der sich unempfindlich gegen die Sterilisierung mit Gamma-Strahlen zeigt.

Letztendlich haben wir das optimale Material gefunden, welches Proto Labs sogar anschließend in sein Standardrepertoire aufgenommen hat. Gleichzeitig wurden unsere Anforderungen an die Oberfläche perfekt von Proto Labs umgesetzt. Die Zellen dürfen nicht umhergespült werden und bedürfen daher einer fein gekörnten Oberfläche auf der sie Halt finden. Erst dies macht einen standardisierten Prozess möglich. Damit die Bedingungen im gesamten Reaktor homogen bleiben, haben wir dem Reaktor einen Sondenadapter vorgeschaltet, der ständig den ph-Wert, Temperatur und Sauerstoff misst und an eine externe Steuereinheit weiterleitet.“

"Anfangs konnten wir kaum glauben, wie schnell und zuverlässig wir die Teile bekommen haben."

Inzwischen werden sämtliche Bioreaktoren und Sondenadapter in verschiedenen Ausführungen über den Schnellspritzgussteile-Service Protomold von Proto Labs gefertigt. Rainer Mausolf wundert sich: „Anfangs konnten wir kaum glauben, wie schnell und zuverlässig wir die Teile bekommen haben. Uns war bis dato kein Anbieter bekannt, der es innerhalb von 10 Tagen von der 3D-Modellübergabe bis zum fertigen Teil schaffte. Proto Labs hätte es sogar in 5 Tagen hinbekommen, wenn wir uns für den Express-Service entschieden hätten. Ich habe einfach mein 3D-SolidWorks-Modell auf die Internetplattform von Proto Labs hochgeladen. Sofort hat sich ein Prots Labs Techniker bei mir gemeldet und wir haben noch wertvolle Tipps zur Realisierung bekommen. Innerhalb weniger Tage hatten wir dann die ersten Reaktoren und Adapter aus unserem speziellen Kunststoff in den Händen. Die Reaktoren waren sofort und uneingeschränkt nutzbar.“

Prof. Dr. Hoffmeister ergänzt: „Für uns die ideale und dazu noch kostengünstige Lösung, da sich die Anfertigung eines Stahl-Werkzeuges nur bei einer Massenproduktion rechnet, wenn schon klar ist, dass keine Änderungen mehr zu erwarten sind. Beides ist bei uns nicht der Fall, dennoch sind wir auf Teile aus „echtem“ Material angewiesen. Ersatzmaterialien, wie sie bei herkömmlichen Prototypenverfahren angeboten werden konnten wir verständlicherweise nicht verwenden. Ohne Proto Labs hätten wir es nie so schnell und kostengünstig geschafft, einen vollfunktionsfähigen Bioreaktor zur Vermehrung von körpereigenen Immunzellen vorzustellen, der den strengen Anforderungen der Zulassungsbehörden entspricht.“

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